JPH0142920B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶シリコン引上装置の改良に関す
る。

半導体集積回路等に用いられる単結晶シリコン
は主にチヨコラルスキー法（CZ法）によつて製
造されている。この方法は、単結晶シリコン引上
装置に用いて行われるものである。以下、第１図
及び第２図ａ，ｂを参照して単結晶シリコン引上
装置を説明する。

図中１は上部と下部が開口したチヤンバーであ
る。このチヤンバー１内には石英ガラス製ルツボ
２が載置されており、このルツボ２の外周面はグ
ラフアイト製保護体３によつて包囲されている。
この保護体３の底面には、前記チヤンバー１の下
部開口から挿入された回転自在な支持棒４が連結
されている。前記保護体３の外周には筒状のヒー
タ５が配設されており、このヒータ５には前記チ
ヤンバー１の下部開孔から挿入された電極６，６
が連結されている。前記ヒータ５の外周には筒状
の保温筒７が配設されており、この保温筒７は内
面がグラフアイト材８、外面がカーボンフエルト
部９で構成されている。この保温筒７の上下部に
は保温効果を高めるために夫々上部ヒートシール
ド１０と下部ヒートシールド１１が配設されてい
る。この上部ヒートシールド１０はグラフアイト
製で第２図ａ及びｂに示す如きリング状の形状を
なしている。また、下部ヒートシールド１１はカ
ーボンフエルト部１２を上下２枚のグラフアイト
板１３，１３ではさんだサンドイツチ構造を有し
ている。更に、チヤンバー１の上部開口からは下
端に種結晶１４を保持した引上軸１５が回転可能
に吊下されている。

上述した従来の単結晶シリコン引上装置を用い
たチヨコラルスキー法による単結晶シリコンの引
上げは、ルツボ２内にシリコン原料を入れ、チヤ
ンバー１内をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
とし、電極６，６からヒータ５に通電して発熱さ
せることによりシリコン原料を溶融させ、この溶
融シリコン１６に引上軸１５下端の種結晶１４を
浸し、引上軸１５を引上げることにより行う。

ところで、LSIの製造に用いられる単結晶シリ
コンは無転位結晶で、しかもデバイスの歩留まり
を高くするためには素子形成時の熱処理工程にお
いて熱誘起微小欠陥の発生しないものが望まし
い。したがつて、単結晶シリコンの有転位化及び
熱誘起微小欠陥の原因となる物質が混入するのを
極力防止しなければならない。

ここで、単結晶シリコンの有転位化の原因とな
る物質は石英ガラス製ルツボと溶融シリコンとの
反応により生成するるSiOである。

しかし、上述した従来の単結晶シリコン引上装
置においては、保温筒７とチヤンバー１間が上部
ヒートシールド１０で塞がれた状態になつている
ので、生成したSiOガスを含むアルゴンガス等の
不活性ガスの排気が良好に行われない。この結
果、SiOガスがチヤンバー１の上部内壁に付着し
やすく、単結晶シリコン引上操作中にSiO粉とし
て溶融シリコン１６面に落下し、単結晶シリコン
の有転位化を引き起こし易いという欠点がある。
このことは、近年の引上げ単結晶の大口径化、長
尺化の傾向のもとにあつてはより顕著になつてき
ている。

また、熱誘起微小欠陥の原因となる物質は、
1400℃以上の高温下で行われる単結晶シリコン引
上げにおいて結晶中に含まれる酸素不純物及び炭
素不純物である。通常、酸素不純物は過飽和な状
態で最大３×10¹⁸atoms／c.c.（ASTM F121−76
変換）程度、炭素不純物は過飽和な状態で最大２
×17¹⁷atoms／c.c.（ASTM F123−74変換）程度
含まれる。単結晶シリコンの熱誘起欠陥は基本的
には、過飽酸素の析出によるものであると考えら
れている。しかし、酸素濃度がかなり高くても熱
処理時に酸素の析出が起こりにくい場合もあるこ
とが知られている。これは炭素原子が酸素析出物
の核として作用し、炭素濃度が低い場合には微小
欠陥が誘起されにくいからであると考えられる。
一方、酸素不純物はウエーハの熱誘起そりを抑制
する作用を有する。このため、熱誘起微小欠陥の
発生を抑えるためには、酸素不純物の混入を阻止
するよりも炭素不純物の混入を阻止する方が有効
である。

上述した単結晶シリコン中の炭素不純物は雰囲
気中のCOガス量に依存する。このCOガスはチヤ
ンバー内のカーボン部材と雰囲気中のO₂、H₂O
等との間での以下に示す如き反応により生成す
る。

2C＋O₂→2CO Ｃ＋H₂O→CO＋H₂ これらの反応は主に保温筒７及び下部ヒートシ
ールド１１のうちカーボンフエルト部９，１２が
雰囲気ガスと接触している領域で起つていると考
えられる。これはカーボンフエルトがグラフアイ
トよりも粒子同士の間隔が大きく、O₂、H₂O等
を含んだ雰囲気ガスが入り込み易いためである。
したがつて、単結晶シリコン中の炭素不純物を減
少させるためには、このフエルト部９，１２に何
らかの手段を講じる必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、無転位結晶で、かつ熱処理工程において熱誘
起微小欠陥を生じにくい単結晶シリコンの歩留り
を向上し得る単結晶シリコン引上装置を提供しよ
うとするものである。

本発明者らは、SiOガスを含む雰囲気ガスが保
温筒とチヤンバーとの間にも流れるような手段を
採用した。こうすることによりSiOガスがチヤン
バーの上部内壁に付着し、SiO粉として溶融シリ
コン面に落下するのを防止して無転位結晶の歩留
まりを向上させることができる。しかし、上述し
た如き手段を採ると、雰囲気ガスと保温筒外側等
のカーボンフエルト部とが接触し易くなるため、
カーボンフエルト部でのCOガス生成反応が起り
易くなる可能性がある。そこで、従来雰囲気ガス
と接触していたフエルト部の全体をグラフアイト
材で覆うことにより、COガス生成反応を抑制し
た。こうすることにより単結晶シリコン中の炭素
不純物濃度を減少させ、熱誘起微小欠陥の発生を
抑えることができる。

以下、本発明の実施例を第３図及び第４図ａ，
ｂを参照して説明する。ただし、第１図図示の単
結晶シリコン引上装置と同一部材には同一番号を
付して説明を省略する。

図中１７は保温筒であり、この保温筒１７はカ
ーボンフエルト部１８の内外面がグラフアイト材
１９，２０で覆われ、かつ上下端にも環状のグラ
フアイト材２１，２１が被覆された構造となつて
いる。この保温筒１７下部には下部ヒートシール
ド２２が配設されている。この下部ヒートシール
ド２２は円板状で支持棒４が挿通される中央部及
び電極６，６が挿通される部分に穴を有する。ま
た、この下部ヒートシールド２２はカーボンフエ
ルト部２３を前記各穴に対応する箇所を開孔され
たグラフアイト皿２４で包囲し、これらの上面に
グラフアイト板２５を載置した構造を有してい
る。更に、前記保温筒１７と上部ヒートシールド
１０間には第４図ａ及びｂに示す如く多数の突起
２６ａ…を有する王冠様リング２６が配設されて
いる。

上述した単結晶シリコン引上装置を用いた単結
晶シリコンの引上げは従来の装置と同様な操作で
行うことができる。

しかして、上記実施例の単結晶シリコン引上装
置によれば、王冠様リング２６と上部ヒートシー
ルド１０によつて、王冠様リング２６の各突起２
６ａ…間に開孔部が形成される。SiOガスを含む
雰囲気ガスはこの開孔部を通して保温筒１７とチ
ヤンバー１の間に流れ、外部へ良好に排気される
ので、チヤンバー１の上部内壁に付着するSiOガ
スは減少する。この結果、溶融シリコン１６に
SiO粉が落下することが少なくなり、引上げられ
る単結晶シリコンの有転位化を防止することがで
きる。また、保温筒１７及び下部ヒートシールド
２２のフエルト部１８，２３の全体をグラフアイ
ト材で覆つたことにより、O₂、H₂O等を含む雰
囲気ガスとフエルト部１８，２３とが直接接触す
ることがなくなるためCOガスの生成反応が起こ
りにくくなる。この結果、単結晶シリコン中の酸
素不純物濃度が減少し、熱処理工程における熱誘
起微小欠陥の発生を抑制することができる。

上述したことは以下に述べる実験例でも確めら
れた。

実験例 上記実施例の単結晶シリコン引上装置と従来の
単結晶シリコン引上装置を用いて夫々単結晶シリ
コンを引上げた。10torrのアルゴンガス雰囲気下
で15Kgの溶融多結晶シリコンから直径４インチ、
長さ40cmの無転位単結晶シリコンを引上げ、原料
を再供給して再び単結晶シリコンを引上げるとい
う操作を１週につき120時間連続して行い、、これ
を10週間続けた。

単結晶シリコン引上げ中に実施例の単結晶シリ
コン引上装置のチヤンバー１内を観際したところ
SiOガスが王冠様リング２６の突起２６ａ…と上
部ヒートシールド１０とで形成される開孔部を通
して排気されていることが確認された。また、
120時間の連続引上操作後、チヤンバーの上部内
壁へのSiOの付着を調べたところ実施例の単結晶
シリコン引上装置の方が従来の単結晶シリコン引
上装置よりもSiOの付着が減少していることが確
認された。

また、10週間で引上げられた無転位単結晶シリ
コンの本数は、従来の単結晶シリコン引上装置を
用いた場合が57本であつたのに対して、実施例の
単結晶シリコン引上装置を用いた場合は66本に増
加した。

更に、引上げられた単結晶シリコンの炭素不純
物濃度を赤外吸収法で調べた。ASTM F123−74
換算の平均炭素濃度は単結晶シリコンのヘツド側
において、従来の単結晶シリコン引上装置を用い
た場合は3.5×10¹⁶atoms／c.c.であつたのに対し
て、実施例の単結晶シリコン引上装置を用いた場
合は、2.0×10¹⁶atoms／c.c.以下に減少した。

以上詳述した如く本発明によれば、無転位結晶
で、かつ熱誘起微小欠陥を生じにくい単結晶シリ
コンの歩留まりを向上し得る単結晶シリコン引上
装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の単結晶シリコン引上装置を示す
断面図、第２図ａは上部ヒートシールドを示す平
面図、同図ｂは同図ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図、
第３図は本発明の実施例における単結晶シリコン
引上装置を示す断面図、第４図ａは王冠様リング
を示す平面図、同図ｂは同図ａのB′−B′線に沿
う断面図である。 １……チヤンバー、２……ルツボ、３……保護
体、４……支持棒、５……ヒータ、６……電極、
１０……上部ヒートシールド、１４……種結晶、
１５……引上軸、１６……溶融シリコン、１７…
…保温筒、１８……フエルト部、１９，２０，２
１……グラフアイト材、２２……下部ヒートシー
ルド、２３……フエルト部、２４……グラフアイ
ト皿、２５……グラフアイト板、２６……王冠様
リング、２６ａ……突起。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チヤンバー内に石英ルツボを載置し、該ルツ
   ボの外周に配設された黒鉛製ヒータによりルツボ
   内のシリコン原料を加熱溶融し、該黒鉛製ヒータ
   の外周に配設されたカーボン製保温筒及びこの保
   温筒の上下部に配設されたカーボン製ヒートシー
   ルドにより保温しつつ、不活性ガス雰囲気下で前
   記溶融シリコンを引上げて単結晶シリコンを造る
   装置において、前記保温筒と上部ヒートシールド
   間に、上部に多数の突起を有する王冠様リングを
   設けるとともに、保温筒及び下部ヒートシールド
   をカーボンフエルト部と該フエルト部の全体を覆
   うグラフアイト材とで構成したことを特徴とする
   単結晶シリコン引上装置。